【正文】 實(shí)踐表明，填充PTFE導(dǎo)軌軟帶能滿足現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床和大型、重型機(jī)床導(dǎo)軌的技術(shù)要求，是制造機(jī)床導(dǎo)軌的理想材料。維修時(shí)，導(dǎo)軌面磨削鏟刮后出現(xiàn)尾架中心高下降，使中心鉆、鉸刀等一些刀具無法使用的情況:而且機(jī)床報(bào)廢后是整體回爐加工，這樣浪費(fèi)大量資源與能源，同時(shí)普通滑動(dòng)導(dǎo)軌存在著摩擦阻力大和低速爬行的缺陷，需對(duì)其改造。但滑動(dòng)導(dǎo)軌存在摩擦系數(shù)大、磨損快、使用壽命短、有低速爬行現(xiàn)象和對(duì)潤(rùn)滑油的供油量要求較高等缺陷。機(jī)電產(chǎn)品綠色評(píng)估體系 技術(shù)性經(jīng)濟(jì)性 綠色度 用戶友好性 包裝及維護(hù)成本 原材料成本 回收重用成本 設(shè)計(jì)制造成本 環(huán)境屬性 資源屬性 能源屬性 維修性可靠性加工性能 廢棄處理成本 污染處理成本 可制造性 能源利用率 使用能耗 使用資源類型 可拆卸性 可回收性 資源消耗量 資源利用率 大氣污染 水體污染 噪聲污染圖2 機(jī)電產(chǎn)品綠色評(píng)估體系4 綠色設(shè)計(jì)在數(shù)控車床的應(yīng)用CK7525數(shù)控車床具有一定的代表性。 機(jī)電產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初期充分考慮零部件回收及再生的可能性、零件材料的回收可能性、回收價(jià)值、回收處理方法、回收處理結(jié)構(gòu)工藝性等與回收有關(guān)的一系列問題），并在其他新產(chǎn)品，利用使用過的或廢棄產(chǎn)品中的零部件和材料，最終達(dá)到資源、能源的最大利用，并對(duì)環(huán)境污染為最小的一種設(shè)計(jì)思想和方法。能耗少，則該部分拆卸性能好。8扣鎖 其中：T1 拆卸螺栓的時(shí)間（分鐘）；T2 其它時(shí)間，包括分離聯(lián)接件的時(shí)間及輔助時(shí)間（分鐘）；T總拆卸時(shí)間（分鐘）；它包括基本拆卸時(shí)間和輔助時(shí)間。人力費(fèi)用主要是指工人工資。拆卸評(píng)價(jià)通常是從兩方面著手進(jìn)行，一方面是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的拆卸難易程度，另一方面是與拆卸過程有關(guān)的時(shí)間、費(fèi)用等。為改善這種狀況只有兩條出路，即提高粉碎分選技術(shù)或者擴(kuò)大可拆卸性，而DFD的根本目標(biāo)就是提高產(chǎn)品的拆卸性能，因此DDF的應(yīng)用將有利于產(chǎn)品報(bào)廢回收的綠色性和經(jīng)濟(jì)性的提高。非破壞性拆卸則是拆卸的最高階段，在拆卸過程中不能損壞任何零部件，如松開螺紋、拆除及壓出等，以分析產(chǎn)品零部件之間的幾何約束關(guān)系為基礎(chǔ)，通過制定合理的拆卸步驟，逐步解除這些約束關(guān)系達(dá)到拆卸目的。它是設(shè)計(jì)方法和功能工具的集合，它將產(chǎn)品可拆卸性作為開發(fā)目標(biāo)，面向整個(gè)生命周期對(duì)產(chǎn)品可拆卸性和拆卸工藝性進(jìn)行分析和研究，通過減少產(chǎn)品零件數(shù)等措施，改善產(chǎn)品的拆卸工藝性，降低產(chǎn)品的拆卸成本和時(shí)間。 按照節(jié)材原則進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)1）合理進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，減少?gòu)U次品、提高產(chǎn)品合格率減少?gòu)U次品、提高產(chǎn)品合格率主要是通過合理的制造工藝來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于脆性材料，如鑄鐵等，由于其抗壓性能優(yōu)于抗拉性能，因此在設(shè)計(jì)受彎構(gòu)件時(shí)，根據(jù)受力和變形情況，將材料特性和應(yīng)力分布結(jié)合起來考慮。2)加工成本:把材料加工成零件。1)毒性:盡量選用無毒、無害的材料。這是從所用材料自身的生產(chǎn)過程來考慮的，因此，綠色材料對(duì)材料本身的制造過程也提出了嚴(yán)格的要求。它是指材料在其生命循環(huán)周期內(nèi)節(jié)省能源、節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境、保護(hù)勞動(dòng)者的程度。4)技術(shù)先進(jìn)原則綠色產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，不僅要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方便實(shí)用、無冗余的功能，而且還要力求所生產(chǎn)的產(chǎn)品在壽命周期中節(jié)資、節(jié)能、勞保性好、環(huán)保性好，這是傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)所難以作到的。：綠色設(shè)計(jì)力圖將產(chǎn)品制造和使用對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響降到最小。能源回收和焚燒通過熱裂解的清潔燃料的生產(chǎn)產(chǎn)品拆卸材料拆解處置環(huán)境空氣水產(chǎn)品回收原材料加工流通使用維護(hù)產(chǎn)品制造提取重復(fù)利用利用再造原料再生能源其他廢物廢渣廢水廢氣 圖1產(chǎn)品的生命周期過程與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)涵更加豐富，主要表現(xiàn)在：綠色設(shè)計(jì)將產(chǎn)品的生命周期拓展為從原材料制備到產(chǎn)品報(bào)廢后的回收處理及再利用。２ 機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的對(duì)比 在傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)僅涉及到產(chǎn)品壽命周期的市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、制造（CAD／CAPP／CAM）、銷售及售后服務(wù)等幾個(gè)階段，而且設(shè)計(jì)也主要是從企業(yè)自身的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)利益出發(fā)，僅僅考慮如何滿足用戶要求，滿足產(chǎn)品的基本屬性（如基本功能、質(zhì)量、壽命、成本等），而不考慮或很少考慮環(huán)境屬性，其設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則是只要產(chǎn)品易于制造，并且具有要求的功能、性能即可。關(guān)鍵詞： 機(jī)電產(chǎn)品； 材料選擇； 綠色設(shè)計(jì)； 1 引言進(jìn)入21世紀(jì)以來，以保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展為目標(biāo)的綠色浪潮正在全球全面興起。在這股浪潮的推動(dòng)下，一種全新的設(shè)計(jì)理念——綠色設(shè)計(jì)，成為設(shè)計(jì)領(lǐng)域人們關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的產(chǎn)品在達(dá)到其使用壽命后基本上成了一堆垃圾，傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是從“搖籃到墳?zāi)埂钡倪^程，傳統(tǒng)產(chǎn)品的壽命周期具有開環(huán)性。圖1描述了一個(gè)產(chǎn)品的生命周期全過程，即從地球環(huán)境(土地、空氣和海洋)中提取材料，加工制造成產(chǎn)品，并流通給消費(fèi)者使用，產(chǎn)品報(bào)廢后經(jīng)拆卸、回收和再循環(huán)將資源重新利用的整個(gè)過程。綜上所述，綠色設(shè)計(jì)的目的就是利用并行設(shè)計(jì)的思想，綜合考慮在產(chǎn)品生命周期中的技術(shù)、環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)性等因素的影響，使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)最大，對(duì)制造商、用戶以及環(huán)境負(fù)面影響最小[2]。因此，綠色設(shè)計(jì)考慮生產(chǎn)技術(shù)時(shí)，技術(shù)先進(jìn)性是一個(gè)十分重要的設(shè)計(jì)原則。材料選擇的環(huán)境協(xié)調(diào)性原則包括：1）材料的最佳利用原則提高材料的利用率，材料的利用率的提高，不僅可以減少材料浪費(fèi)，解決資源枯竭問題，而且可以減少排放，減少對(duì)環(huán)境的污染。2)所用材料應(yīng)是易加工且加工中無污染或污染最小。2)易燃性:減少易燃材料的使用。3)回收成本:循環(huán)利用的材料、產(chǎn)品報(bào)廢后，材料應(yīng)易于回收，并經(jīng)濟(jì)性地適當(dāng)處理后再資源化。機(jī)械零件多在交變應(yīng)力下工作，據(jù)機(jī)械零件失效的分析，80%的失效屬于疲勞破壞。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從如下幾個(gè)方面分析著手：（1）選用高質(zhì)量的加工原材料（2）合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)（3）正確制定加工工藝方案2）合理選擇零件加工成型方式零件成型的工藝方法可分：材料去除法(如車、銑、刨、磨)、材料變形法(如鍛壓、沖壓)和材料添加法(如鑄造、注塑和快速成型制造)。產(chǎn)品的可拆卸性是產(chǎn)品回收的前提，直接影響產(chǎn)品的再生性。產(chǎn)品的拆卸是對(duì)產(chǎn)品裝配約束關(guān)系的解除，是一個(gè)解約束的過程。在產(chǎn)品開發(fā)中，方案設(shè)計(jì)的結(jié)果是滿足功能要求的抽象設(shè)計(jì)概念，它們?cè)谠敿?xì)設(shè)計(jì)時(shí)將被轉(zhuǎn)化為具體的零部件結(jié)構(gòu)、空間位置關(guān)系等，這一轉(zhuǎn)化過程具有“一對(duì)多”的特點(diǎn)，即同一設(shè)計(jì)原理可解為多種設(shè)計(jì)方案。而在這些指標(biāo)中，有一些是定量指標(biāo)，也有一些是定性指標(biāo)。拆卸費(fèi)用是衡量結(jié)構(gòu)拆卸性好壞的主要指標(biāo)之一?；静鹦稌r(shí)間(Tj)是指松開連接件、將待拆零件和相關(guān)連接件分離所花費(fèi)的時(shí)間；輔助時(shí)間(Tf)是指為完成拆卸工作所作的輔助工作所花費(fèi)的時(shí)間，如拆卸工具或人的手臂接近拆卸部位的時(shí)間等。當(dāng)然，在拆卸過程中拆卸工具、工人熟練程度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度對(duì)拆卸時(shí)間會(huì)有不同程度的影響，可根據(jù)具體情況調(diào)整其修正系數(shù)。 裝更由于機(jī)電產(chǎn)品中廣泛采用多種連接方式，如螺紋連接、搭扣連接等的機(jī)械連接方式和粘結(jié)、焊接等，因此其拆卸能量的計(jì)算方法也不同。回收設(shè)計(jì)是循環(huán)設(shè)計(jì)，就是實(shí)現(xiàn)廣義回收所采用的手段和方法。該機(jī)床有12個(gè)刀位，采用450斜導(dǎo)軌，主電機(jī)為11 kw/16kw雙速電機(jī)，床身長(zhǎng)750mm，主軸最高轉(zhuǎn)速為2400r/min，X向最大進(jìn)給速度為12m/min，Z向最大進(jìn)給速度為8m/min，導(dǎo)軌為槽式滑動(dòng)導(dǎo)軌，系統(tǒng)采用FANUCOTD，機(jī)床主軸采用交流伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的集成化結(jié)構(gòu)[10]。滾動(dòng)導(dǎo)軌的最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，運(yùn)動(dòng)輕便靈活，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，位移精度和定位精度高，耐磨性好且潤(rùn)滑簡(jiǎn)單。如果完全改變結(jié)構(gòu)，換為其他形式導(dǎo)軌，改造成本太高，而且其他形式導(dǎo)軌也存在一定缺陷。原料:PTFE SFX2，應(yīng)符合GB832987要求。如果在PTFE中填充青銅粉和石墨制成的軟帶既可提高熱導(dǎo)率、耐磨性、壓縮強(qiáng)度、拉伸彈性模量和剛度，又能降低線脹系數(shù)，改善導(dǎo)軌尺寸穩(wěn)定性。整體式導(dǎo)軌制造相對(duì)簡(jiǎn)單，但磨損后維修成本高?；瑒?dòng)導(dǎo)軌承載能力強(qiáng)，剛度高，抗振性好，導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，保持性好，因此在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用比較普遍。因此機(jī)電產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)的綠色評(píng)價(jià)既包括諸如產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和成本等常規(guī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)也包括在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的資源消耗和對(duì)環(huán)境的影響這兩個(gè)重要目標(biāo)，其決策是一個(gè)多準(zhǔn)則決策和優(yōu)化問題[9]。當(dāng)然，無法量化的指標(biāo)只能以定性方式來表示。拆卸過程中遇到的特殊材料（如含有有害成份、有毒成份等的材料）應(yīng)采取特殊的拆卸方式和保護(hù)手段，拆卸時(shí)一定要注意安全，并將拆下的零部件妥善分類保管，以免引起與其它部分的交叉感染和污染環(huán)境；還有一類物質(zhì)，如汽車中的汽（柴）油、潤(rùn)滑油等也應(yīng)妥善收集處理，以免四處流動(dòng)，污染工作場(chǎng)地和環(huán)境或因任意排放而污染水資源。拆卸單元零部件所消耗的能量大小也是表明該零部件拆卸性能的一個(gè)指標(biāo)。1標(biāo)準(zhǔn)螺釘2六角螺釘3快速緊固件（1/4周）4快速緊固件（小于1周）5碟型螺釘6螺母螺栓7U型擋圈 卸安產(chǎn)品的某一部件單元可能是由多個(gè)連接方式組合而成，則該部件單元的拆卸時(shí)間就是完成所有這些連接所消耗的時(shí)間總和。投資費(fèi)用包括拆卸所需的工具及夾具、工具的定位及夾具送進(jìn)裝置的費(fèi)用，拆卸操作費(fèi)用，拆下材料的識(shí)別、分類運(yùn)輸及存儲(chǔ)費(fèi)用等。3)零部件拆卸是串行的，同一時(shí)刻只有一個(gè)零部件被拆卸移走，不考慮并行拆卸。而復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的回收一般直接存放或者壓成碎片處理，但在目前技術(shù)條件下，粉碎或分選通常僅能得到部分回收材料，且因純度不高只能進(jìn)入低級(jí)應(yīng)用。部分破壞性拆卸則要求在拆卸過程中只損壞部分廉價(jià)零件，使其它部分安全分離，如采用火焰切割、高壓水噴射切割、激光切割等分離連接部位，拆卸過程中需要考慮拆卸的順序，以免破壞所需拆卸的零部件?？刹鹦缎栽O(shè)計(jì)研究如何設(shè)計(jì)產(chǎn)品才能高效率、低成本的進(jìn)行組件、零件的拆卸以及材料的分類拆卸，以便重新使用和回收。4）機(jī)械裝置的輕型化設(shè)計(jì)在滿足產(chǎn)品功能、性能的前提下，進(jìn)行機(jī)械裝置的輕量化設(shè)計(jì)不僅可以節(jié)省材料，而且可以帶來很多優(yōu)點(diǎn)：能減輕其它部件或構(gòu)件所承受的載荷，從而減輕機(jī)器的總重量， 由于機(jī)器重量的減輕，能使有效載荷增加(如車輛、挖掘機(jī)等)；節(jié)省能源，減小運(yùn)行費(fèi)用。l)成本:選用低成本的材料，節(jié)約產(chǎn)品成本。3)材料能耗性:選擇低能源含量材料，以便節(jié)約能源。具體符合以下幾點(diǎn)：1)所用材料應(yīng)是低能耗、低成本、少污染的材料。材料的環(huán)境協(xié)調(diào)特性評(píng)估是綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中材料選擇的重要依據(jù)之一?？偟膩碚f，應(yīng)力使損害趨于零。：綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)減少了廢棄物產(chǎn)生，減少了處理垃圾帶來的種種棘手問題。由于產(chǎn)品成本的80﹪～90﹪取決于設(shè)計(jì)階段，因此綠色設(shè)計(jì)決定了綠色制造系統(tǒng)的效率，是綠色制造的核心。因此，開展綠色設(shè)計(jì)與制造的研究與應(yīng)用已成為我國(guó)迫在眉睫的任務(wù)。本論文以材料選擇、可拆卸性設(shè)計(jì)為主進(jìn)行的設(shè)計(jì)。將綠色設(shè)計(jì)融入機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)之中，是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要體現(xiàn)，將對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展具有非常深遠(yuǎn)的意義。長(zhǎng)期以來，盡管這種開環(huán)運(yùn)行模式曾經(jīng)極大地推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展，但它是以破壞生態(tài)環(huán)境、加速資源枯竭為代價(jià)的。在產(chǎn)品整個(gè)生命周期過程中，系統(tǒng)不斷地從外界吸收能源和資源，排放各種廢棄物質(zhì)。 綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比較，應(yīng)該遵循以下主要原則.l)資源、能源最佳利用原則該原則包含兩層意思，一是在考慮選用時(shí)，應(yīng)盡可能選用可再生的資源、能源；另一方面，在設(shè)計(jì)上應(yīng)盡可能保證在產(chǎn)品的整個(gè)壽命周期中得以最大限度的利用資源及能源。5)整體效益最佳原則與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，綠色設(shè)計(jì)中不僅要考慮企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益，而且還要從可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)點(diǎn)出發(fā)，考慮產(chǎn)品全生命周期的環(huán)境行為對(duì)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)所造成的影響，色設(shè)計(jì)不應(yīng)只片面地追求某一項(xiàng)效益而忽略其它，應(yīng)該追求整體效益最佳化。2）能源的最佳利用原則材料生命周期中應(yīng)盡可能采用清潔型可再生能源(也稱綠色能源)，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能地?zé)崮艿?。這是從材料制成零件的制造過程來考慮的。3)腐蝕性:減少易腐蝕材料的使用。4)廢物處理成本:下腳了和不能再利用材料的處理費(fèi)用。因此提高抗疲勞破壞的能力，可以避免材料的浪費(fèi)。在材料去除法中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的邊角料或廢料（切屑），如切削加工的材料利用率一般為65%70%，而車削加工僅為60%；材料變形法的材料利用率有所提高，但也不可避免會(huì)產(chǎn)生一定的廢料，如沖壓加工會(huì)產(chǎn)生大量的下腳料，材料利用率約為80%，最高也不會(huì)超過90%；冷擠壓的材料利用率約為80%以上，高時(shí)可達(dá)93%[5]。產(chǎn)品拆卸的目的主要有三方面，一是拆下那些可以被再銷售和再利用的部件，二是拆下那些有毒的、有害的材料，三是盡可能容易地將殘余的材料分離成純凈的材料。同一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可對(duì)應(yīng)著多種裝配方案，一種裝配方案的確定也即一種約束關(guān)系的確定。拆卸性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)就是為了保證產(chǎn)品的拆卸性要求，而為上述轉(zhuǎn)化過程制定的專用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 某一零部件單元的拆卸費(fèi)用高，則其回收重用的價(jià)值就小。拆卸時(shí)間越長(zhǎng)，表明該構(gòu)的復(fù)雜程度越高，產(chǎn)品的拆卸性能差。拆卸時(shí)間的大小確定必須來自于實(shí)際拆卸數(shù)據(jù)的搜集、整理與分析。 時(shí)機(jī)械連接的拆卸能量包括螺紋的釋放能、搭扣連接的彈性變形能或連接元件的摩擦能等；而化學(xué)連接方式，可視其分離方法，其消耗能可以是融化能、斷裂能或溶解能。機(jī)電產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)方法主要包括以下內(nèi)容：（1）設(shè)置合理的材料分類識(shí)別標(biāo)志：機(jī)電產(chǎn)品的材料種類較多，為了避免不同材料之間的混合，在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置明顯的材料識(shí)別標(biāo)志，以便分類回收。由于該機(jī)床所有的設(shè)計(jì)制造都是按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行的，沒有考慮產(chǎn)品生產(chǎn)制造時(shí)對(duì)環(huán)境的污染、機(jī)床報(bào)廢后的重新利用，因此不符合綠色設(shè)計(jì)的要求。滾動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是抗振性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，對(duì)臟物比較敏感，必須有良好的防護(hù)。如